KR20210155465A - 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템 - Google Patents

선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 에어펌프 제어시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 선박엔진에서 배출되는 배기가스를 외부로 직접 배출 또는 스크러버를 통해서 탈황공정을 수행한 후 배출되는 것을 단속하는 배기가스 조절밸브에 일정압력의 공기를 연속공급하여 에어펌프의 성능을 주기적으로 진단하여 점검 또는 교체시기를 미리 감지하여 확인시킴으로써 에어펌프 성능저하에 의한 배기가스 조절밸브의 기능 저하로 규제 이상의 황함유 배기가스 배출을 억제할 수 있는 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 에어펌프 제어시스템에 관한 것이다.

Description

선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템{Valve drive control system for exhaust gas control valve having accident prevention monitering function connected with scrubber of ship}
본 발명은 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 선박엔진에서 배출되는 배기가스를 외부로 직접 배출 또는 스크러버를 통해서 탈황공정을 수행한 후 배출되는 것을 단속하는 배기가스 조절밸브의 구동상태를 주기적으로 진단하여 점검 또는 교체시기를 미리 감지하여 확인시킴으로써 밸브 성능저하로 인한 규제 이상의 황함유 배기가스 배출사고를 예방할 수 있는 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 에어펌프 제어시스템에 관한 것이다.
환경오염에 대한 국제사회의 관심이 집중됨에 따라 국제해사기구에서도 선박배출가스 관련 규정을 대폭 강화하여 배출규제구역에서는 정박 또는 진입시 선박연료유 황 함유량을 0.1% 이하로 규제하였고, 2020년부터는 비배출규제구역에서도 선박연료유의 황 함유량을 기존 3.5%에서 0.5% 이하로 규제하였다.
이에 대한 대응책으로서 선박의 연료로 저유황유나 LNG를 사용하거나, 배기라인에 스크러버를 설치하여 탈황작업이 이루어지고록 하고 있다.
상기 설비에 의한 방식인 스크러버를 이용하는 방식에서 주요한 핵심부품으로는 배출가스의 배출경로를 결정하는 바이패스밸브와, 스크러버밸브가 있으며, 배출규제 구역 정박 또는 진입시에는 저유황유를 사용하므로 스크러버를 작동시킬 필요 없다. 따라서 스크러버밸브와 바이패스밸브는 환경에 따라서 수시로 개폐되어 필요에 따라 스크러버에서의 탈황공정 수행이 이루어지도록 한다.
그러나 상기 밸브의 전환시점을 선원의 개인이 상황을 인지하여 정확한 작동을 하기에는 상당한 어려움이 있어 자동인식을 통해 전환시스템이 적용되고 있다. 상기 자동 전환시스템은 정상적인 작동에서는 원활한 배기가스 배출이 이루어지지만 이상징후에 의한 부품의 오작동시에는 황화합물을 대량 배출할 수 있는 문제점이 발생된다. 이러한 오작동은 주요부품의 작동이상에 의해 발생되는 것이므로 이를 미리 예측하여 대응하는 것이 필요하다.
특히 에어 씰 타입(Air seal type)의 밸브의 경우 액추에이터와 공기주입펌프가 구비됨으로 부품간 정상적 작동이 이루어지는지에 대한 확인이 필요하고, 해당부품에 대한 부품교체시기 등에 대한 정보를 미리 파악하여 장시간 항해 이전에 미리 점검을 완료할 수 있는 시스템에 대한 필요성이 대두되었다.
중국특허출원 제2019-11044627호(2019.10.30.출원; 이하 '선행문헌1'이라 함)는 모니터링 기능을 갖춘 해양 디젤 엔진 폐가스 탈황 시스템을 제시하였다. 상기 선행문헌1은 이산화황센서를 탈황반응기 입구와 출구에 설치하여 센서의 측정값에 의해 탈황정도를 판단하여 배기가스의 재순환과 배출이 결정되도록 하는 등 탈황공정을 최적화하는 모니터링 시스템을 제공하고 있으나, 주요부품의 이상여부와 사용수명에 대한 예측정보를 제공하는 기능은 없다.
일본등록특허 제3616683호(2004.11.12.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 내연 엔진의 에어펌프의 이상검출장치를 제시하였다. 상기 선행문헌2는 에어펌프 작동시 에어펌프에 인가되는 전류와 전압을 검출하고 전류의 출력값을 검출하여 이상시 기준값을 비교해 이상여부를 판단하는 방법을 제공하고 있다. 그러나 선행문헌2는 전류와 전압만으로 이상여부를 판단하여 판단성이 정확하지 않고, 판단정확성이 낮으므로 부품수명이나 사고 사전예측 기능에 대해서는 구현이 어렵다.
따라서, 엔진에서 발생된 배기가스를 외부로 배출시키는 배기라인 및 단속밸브에 센서를 장착하여 이상패턴 감지시 이상이 발생된 부품을 예측하고, 해당부품의 수명시간이에 대한 정보를 예측하여 정비계획을 수립할 수 있는 새로운 시스템에 대한 연구가 필요하다.
중국특허출원 제2019-11044627호(2019.10.30.출원) : 모니터링 기능을 갖춘 해양 디젤 엔진 폐가스 탈황 시스템 일본등록특허 제3616683호(2004.11.12.등록) : 내연 엔진의 에어펌프의 이상검출장치
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템은,
배기관 개폐밸브의 구동을 단속하는 에어펌프에 IOT 방식의 전류센서와 저압센서 및 온도센서를 설치하여 각 조건이 일정하게 유지되는지 확인하고, 밸브개폐모드 전환시 밸브가 정상적으로 작동되었는지 여부를 확인하고, 밸브구동에서 이상패턴 및 밸브부품 불량이 감지되면 빅데이터와 대비하여 해당부품의 파손형태에 대한 정보나 부품가격에 대한 정보는 물론 다른 선박의 타서버 및 부품제조사 서버와 연계하여 빅데이터 자료범위를 확장시켜 부품고장 정보 예측과 해당 부품에 대한 정보제공과 점검시기 및 부품교체시기에 대한 대응 정보등을 제공하여 밸브 구동부품의 이상으로 발생될 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있는 제어시스템의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템은,
선박엔진에서 발생된 배기가스를 스크러버(50)로 이송하여 탈황공정을 수행하게 하는 배기관과; 상기 배기관에서 분기되어 배기가스를 직접 외부로 배출시키는 바이패스관과; 상기 바이패스관이 분기된 지점과 스크러버 사이의 배기관과 바이패스관에 각각 설치되는 제1, 제2 유량센서와; 상기 바이패스관이 분기된 지점과 스크러버 사이의 배기관에 설치되어 내부유로를 단속하고, 스크러버포지셔너가 설치된 스크러버밸브와; 상기 바이패스관에 설치되어 내부유로를 단속하고, 바이패스포지셔너가 설치된 바이패스밸브와; 상기 스크러버밸브와 바이패스밸브에 각각 공압을 제공하여 밸브단속이 이루어지게 하는 에어펌프와; 상기 에어펌프의 설치되어 에어펌프의 운전상태시 조건을 측정하는 전류센서와, 전압센서 및 온도센서와; 상기 스크러버밸브와 바이패스밸브를 작동시키고, 에어펌프에 장착된 전류센서와 전압센서 및 온도센서로부터 측정값을 전송받아 저장 및 실시간으로 제공하여 모니터링이 가능하게 하고, 제1유량센서 및 제2유량센서 측정값과 스크러버포지셔너 및 바이패스포지셔너의 측정값을 분석하여 스크러버밸브 또는 바이패스밸브의 이상여부를 감지하고, 각종 신호에 대응하여 운전제어가 이루어지고, 각종 측정정보 및 판단정보를 서버로 전송 및 서버로부터 정보를 제공받아 표시하는 제어장치와; 상기 제어장치로부터 측정값과 작동조건에 대한 자료를 전송받아 패턴을 분석하여 에어펌프과 스크러버밸브와 바이패스밸브를 실시간 진단하고, 진단정보를 이용하여 빅데이터를 구축하는 서버;를 포함하여 구성된다.
상기 제어장치는, 에어펌프에 의해 스크러버밸브나 바이패스밸브의 개방 또는 폐구동작이 정상적으로 이루어졌을 때 밸브를 통과하는 배기가스 유량측정값을 제공받아 기준허용치 내에 있는지 또는 감소나 초과했는지를 판단하는 유량변화감지모듈과; 상기 유량변화감지모듈에 의해 유량변화가 있는 것으로 판단되면 각 밸브의 스크러버포지서너나 바이패스포지셔너의 위치값을 확인하여 정상인지 기존과 다른 위치에 있는지 확인하는 포지셔너위치확인모듈과; 포지셔너의 위치가 정상위치이면 밸브의 개폐부분의 몸체실링이나 이동축마개가 접속불량으로 판단하고, 포지셔너의 위치가 비정상위치라면 이동축을 정상위치로 이동시키는 스프링의 불량으로 판단하여 이상여부를 진단하는 밸브불량진단모듈;을 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 서버는, 동일한 밸브를 사용한 다른 선박의 서버인 타서버와 정보교환 및 부품 제조사 서버의 정보를 제공받아 일반적인 부품수명정보, 환경조건에 따른 부품수명정보, 이상감지패턴 형태 및 원인, 부품고장 이전에 발생되는 이상패턴, 정상적인 수명감소패턴에 대한 정보를 제공받아 분석하여 빅데이터로 저장할 수 있다.
또한, 상기 서버는, 실시간 측정된 진단정보로부터 패턴을 분석하고, 분석된 패턴과 빅데이터를 대비하여 정상작동여부에 대한 정보, 부품 수명정보, 교체시기에 대한 정보를 제공하여 부품고장 이전에 정비가 이루어지도록 예측정보를 제공할 수 있다.
또한, 상기 서버는, 제어장치로부터 진단정보와 진단시의 환경조건에 대한 정보를 제공받아 빅데이터에 저장하는 진단정보-빅데이터화모듈과; 진단정보의 패턴을 분석하여 분석된 패턴을 빅데이터를 이용하여 동일 또는 유사 정보가 있는지 검출하여 밸브 부품의 사용수명 및 점검시기에 대한 예측정보를 산출해 제공하는 예측정보제공모듈과; 진단정보에서 점검이 필요한 부품에 대한 부품가격, 부품구매처, 교체비용에 대한 부품관련정보를 빅데이터에서 검출하여 제공하는 부품정보제공모듈;을 포함하여 구성된다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 선박의 스크러버와 연동되는 사고예방 모니터링 기능을 갖는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템은,
배기관 개폐밸브의 구동을 단속하는 에어펌프에 IOT 방식의 전류센서와 저압센서 및 온도센서를 설치하여 각 조건이 일정하게 유지되는지 확인하고, 밸브개폐모드 전환시 밸브가 정상적으로 작동되었는지 여부를 확인하고, 밸브구동에서 이상패턴 및 밸브부품 불량이 감지되면 빅데이터와 대비하여 해당부품의 파손형태에 대한 정보나 부품가격에 대한 정보는 물론 다른 선박의 타서버 및 부품제조사 서버와 연계하여 빅데이터 자료범위를 확장시켜 부품고장 정보 예측과 해당 부품에 대한 정보제공과 점검시기 및 부품교체시기에 대한 대응 정보등을 제공하여 밸브 구동부품의 이상으로 발생될 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있는 제어시스템의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 다이아프램 밸브를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브구동 이상을 판단하는 단계를 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 서버의 연결구성도.
도 5는 본 발명에 따른 서버의 주요 모듈구성도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템의 구성도이다.
참조한 바와같이 본 발명의 선박의 스크러버와 연동되는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템(10)은, 선박엔진(20)에서 발생된 배기가스를 스크러버(50)로 이송하는 배기관(30)과, 상기 배기관에서 분기되어 이송되는 배기가스를 외부로 직접 배출시키는 바이패스관(40)과, 상기 분기지점과 스크러버 사이의 배기관(30)에 설치되는 스크러버밸브(31)와 바이패스관(40)에 설치되는 바이패스밸브(41)를 포함하여 구성된다. 상기 밸브는 버터플라이밸브나 다이아프램밸브를 포함하여 다양한 밸브를 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 자동제어가 가능한 구조를 갖는 밸브를 사용하는 것이다.
상기 분기지점을 지난 배기관(30)에는 제1이산화황센서와 제1유량센서(32)를 장착하고, 바이패스관(40)에는 제2이산화황센서와 제2유량센서(42)를 장착하여 관 내부유로로 이동되는 배기가스에 포함된 황화물 성분 농도를 측정 및 배기가스의 유량을 검출한다. 상기 검출값은 유선 또는 무선통신에 의해 제어장치(70)로 정보가 전달된다.
또한 배기관(30)과 바이패스관(40)에는 스크러버밸브(31)와 바이패스밸브(41)를 장착하고 상기 각 밸브에는 바이패스포지셔너와 스크러버포지셔너가 설치되어 밸브의 작동위치에 대한 정보 예컨대 밸브가 완전하게 폐구되도록 구동되었는지에 대한 정보를 제공한다.
또한 상기 스크러버밸브(31)와 바이패스밸브(41)에 에어를 공급하여 밸브의 개폐가 이루어지게 하는 에어펌프(60)를 더 구비하고, 상기 다수 밸브와 다수 센서 및 에어펌프는 제어장치에 의해 제어가 이루어지도록 한다.
상기 에어펌프(60)에는 전류센서(61) 전압센서(62) 온도센서(63)를 장착하여 실시간 전류와 전압 온도를 측정하고 측정된 값은 제어장치(70)로 전송된다. 이때 상기 센서들은 유선에 의해 제어장치와 연결되어 측정값을 전송하거나, 무선에 의해 측정값전송이 이루어지게 구성할 수 있다. 상기 무선을 적용할 경우 각 센서 내부에는 무선모듈을 설치하여 송수신이 가능한 구조로 제공할 수 있다.
이러한 에어펌프(60)는 제어에 의해 스크러버밸브(31)와 바이패스밸브(41)로 공기압을 제공하여 어느 일측은 폐구시키고 다른 일측은 개구시켜 엔진에서 배출되는 배기가스를 원하는 방향으로 배출이 가능하게 할 수 있다.
상기 각 센서와 밸브는 제어장치(70)에 의해 제어되고, 상기 제어장치는 측정값을 통해 직접 진단하거나, 측정값을 서버(80)로 제공하여 서버에서 측정값을 분석 및 진단하고, 진단결과는 빅데이터화하고, 빅데이터로부터 필요정보를 추출하여 제어장치로 제공하도록 한다.
상기 제어장치(70)는 각종 센서의 측정값을 입력받아 분석하고, 스크러버밸브와 바이패스밸브를 단속하면서 에어펌프(60)의 작동을 제어하고, 밸브의 정상작동 유무를 진단한다.
상기 제어장치(70)는 엔진 배기가스의 배기라인에 설치된 이산화황센서에서 측정된 측정값을 분석하여 스크러버밸브와 바이패스밸브를 단속한다. 먼저 측정된 이산화황 함유량이 현재 선박 이동 또는 정박하는 위치에 따라 규제조건 내에 위치하는지 초과하는지 여부를 판단하고, 규제조건 이내일 경우에는 바이패스밸브(41)를 개방시키고 스크러버밸브(31)를 폐구시켜 엔진에서 배출되는 배기가스를 바이패스관(40)을 통해 외부로 배출되도록 하고, 배기가스내 이산화황 함유량이 규제조건을 초과할 경우 제어장치는 바이패스밸브(41)를 폐구시키면서 스크러버밸브(31)를 개방하여 배기가스가 스크러버(50)를 통해 정화한 다음 외부로 배출이 이루어지게 구성할 수 있다.
또한, 스크러버(50)를 통과한 정화가스의 이산화황 함유량이 여전히 규제조건을 초과하면, 외부로 이산화황 배출량이 초과됨을 알려 엔진에 사용되는 연료를 청정에너지로 교체하도록 대안을 제시하게 할 수 있다.
상기 선박의 위치에 따른 규제조건에 대한 정보는 GPS서버(91)로부터 선박 위치에 대한 GPS정보를 제어장치(70)가 직접 또는 서버(80)를 통해서 제공받고, 추가적으로 서버에 저장된 규제지역정보가 포함된 지도정보와 결합함으로써 해당지역의 규제와 맞춤식으로 배기환경을 설정할 수 있다. 이때 상기 규제조건에 대한 환경설정은 해당 규제지역에 진입하기 이전과 규제지역을 벗어난 후에 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 상기 제어장치는 서버와 분리된 별도의 구성이거나, 서버 내의 한 구성요소일 수 있으며, 본 발명에서는 편의상 분리하여 설명하였다.
아울러 본 발명은 에어펌프(60)로부터 공압을 전달받아 바이패스밸브(41)와 스크러버밸브(31)의 작동이 이루어진다. 따라서 에어펌프에 공급되는 전류 전압 및 온도 조건이 일정할 경우 출력되는 량도 일정하여야 하며, 바이패스밸브 또는 스크러버밸브를 단속하게 되면 완전 밀폐되거나 개방후 유량 흐름이 일정한 범위내로 유지될 수 있다. 여기서 완전밀폐 또는 유량이 일정범위내로 형성되지 않을 경우 밸브 부품의 파손 또는 불량을 예측할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다이아프램 밸브의 개략도이다.
본 발명의 스크러버밸브와 바이패스밸브는 도시된 바와같은 다이아프램 식 밸브를 사용할 수 있다. 상기 다이아프램 케이스(33) 내부는 다이아프램(34)에 의해 상부공간과 하부공간으로 구획되고, 상부공간에는 에어펌프와 연결되어 공압의 주입되면 팽창되고, 하부공간에는 스프링(35)이 설치되어 공압이 제거되면 스프링의 복원력에 의해 원위치로 복귀하면서 팽창되면서 다이아프램의 상하이동이 이루어지도록 한다.
상기 다이아프램(34)에는 이동축(37)이 일체로 결합되어 다이아프램의 상하이동에 따라 이동축을 상하로 이동시키고, 이동축의 이동은 측면에 설치된 포지셔너(36)에 의해 위치이동 정도를 수치적으로 제공한다. 상기 포지셔너는 제어장치와 유무선으로 연결시켜 측정값인 위치정보를 실시간으로 제공할 수 있다.
상기 밸브 몸체(38)는 내부에 유로가 분리되고, 분리된 유로내벽에는 상하로 관통된 수평의 개폐구(381)가 형성되고, 상기 이동축(37)이 상기 개폐구(381) 중심축에 배치되어 상하 이동하면서 개폐구를 개방시키거나 폐구시켜 유로단속이 이루어지도록 한다. 여기서 상기 이동축의 하단은 기밀성을 높이기 위해 개폐마개(371)를 설치하여 개폐구와 개폐마개의 밀착력에 의해 유로단속이 이루어지게 하는 것이다.
본 발명의 제어장치(70)는 스크러버밸브(31)와 바이패스밸브(41)를 작동시키고, 에어펌프(60)에 장착된 전류센서와 전압센서 및 온도센서로부터 측정값을 전송받아 저장 및 실시간으로 제공하여 모니터링이 가능하게 하고, 제1유량센서(32) 및 제2유량센서(42) 측정값과 스크러버포지셔너 및 바이패스포지셔너의 측정값을 분석하여 스크러버밸브 또는 바이패스밸브의 이상여부를 감지하고, 각종 신호에 대응하여 운전제어가 이루어지고, 각종 측정정보 및 판단정보를 서버(80)로 전송 및 서버로부터 정보를 제공받아 표시하는 한다.
밸브의 이상여부 판단은, 센서값을 대비하여 이루어진다.
도 3을 참조한 바와같이 상기 에어펌프의 출력이 정상적으로 구동되어 밸브의 개폐후 유량센서에 의해 유량을 감지한다. 유량센서의 측정값이 일정할 경우 즉, 밸브를 폐구시켰을 때에는 유량측정값이 0로 나타나며, 밸브를 개구시켰을 때에는 기준허용치 범위내에 위치해야한다. 여기서 기준허용치는 다수의 통계적 수치에 의해 밸브가 정상적인 개구상태에서의 제공될 수 있는 유량범위이다. 특히 밸브의 개방을 조금씩 덜 개방되게 할 때의 유량을 측정하여 유량변화에 대해 데이터화하고 이를 반영하여 기준허용 범위를 설정한다.
밸브의 개폐 후 유량센서 측정값이 0 또는 기준허용치 범위내에 위치하면 정상진단하고, 유량센서 측정값이 상기 기준을 벗어나는 변화가 발생되면 이는 밸브불량으로 진단한다.
밸브를 폐구시켰을 경우 유량센서에서 0 이상의 유량이 측정되면, 밸브불량으로 진단되고, 포지셔너의 위치값이 정상일 경우 개폐마개 또는 밸브몸체의 개폐구에 설치되는 실링이 불량으로 기밀성이 떨어져 교체를 요구한다. 포지셔너의 위치값이 비정상일 경우에는 구동축이 완전하게 내려오지 못한 것이므로 에어펌프의 성능에 문제가 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 밸브를 개구시켰을 경우 유량센서에서 기준허용치 범위 이하로 유량이 측정되면, 밸브는 불량으로 진단되고, 포지셔너의 위치값이 정상일 경우 유량이 잘못측정되지 않으므로 비정상일 경우에만 판단하면 공압에 의해 압축된 스프링이 공압제거시 원래위치로 복원되지 못한 것으로 볼 수 있으므로, 스프링불량으로 판단할 수 있다.
상기 제어장치는 불량진단정보를 디스플레이장치에 표시하여 신속한 대응이 가능하게 할 수 있다. 또한, 불량진단정보를 서버로 전송하여 서버에서의 빅데이터 축적에 활용되게 할 수 있으며, 서버로부터 각종 정보를 제공받아 디스플레이장치에 표시하여 제어 및 관리가 용이하게 할 수 있다.
상기 서버는 제어장치로부터 불량진단정보를 제공받아 빅데이터 축적에 활용하고, 빅데이터로부터 해당부품에 대한 정보를 추출하여 제공할 수 있다. 이 때 해당부품에 대한 사용수명을 제공하되 유량변화량의 차이를 이용하여 보다 정확한 부품사용수명을 제공할 수 있다.
서버로 전송하고, 서버에서는 기존 축적된 빅데이터에 정보를 추가하고, 빅데이터로부터 유량변화량에 따른 해당부품의 사용수명을 예측하여 제공할 수 있다.
도 4를 참조한 바와같이 상기 유량측정값 변화 패턴에 대한 정확성을 향상시키기 위해 상기 서버(80)는 동일한 구조의 밸브를 사용하는 다른 선박의 서버인 타서버(92)들과 네트워크 연결하여 정보를 제공받아 빅데이터화 할 수 있다.
또한 타 선박의 정비정보를 제공받을 수 있으므로 밸브 부품이 파손되기 이전에 나타나는 이상징후에 대해 분석하고 동일한 유형의 패턴을 찾아 이상패턴으로 데이터화 할 수 있다. 즉, 유량측정값의 변화패턴에 의해 제품 사용수명에 대한 예측정보를 제공하면서, 이상패턴이 감지되면 그로부터의 제품고장시기를 재산출하여 제공함으로써 제품 특히 밸브의 부품이 파손되어 오작동으로 인한 피해를 방지할 수 있다.
상기 밸브인 스크러버밸브와 바이패스밸브의 오작동 감지는 제1유량센서(33)와 제2유량센서(43)의 감지에 의해 확인이 가능하다. 즉, 스크러버밸브 또는 바이패스밸브를 단속하여 폐구시키면 배기관 또는 바이패스관에 설치된 제1유량센서 또는 제2유량센서에서 감지값이 없으면 밸브가 정상 작동하여 밸브에 필요압력을 전달한 것으로 판단하고, 기체흐름이 감지될 경우 밸브의 성능이 저하되는 것으로 판단하여 점검이 이루어지게 할 수 있다. 또한 밸브를 단속하여 개구시켰을 때 정상적인 유량 측정값의 허용범위를 벗어날 경우 밸브의 스프링 성능이 저하된 것으로 판단하여 점검이 이루어지게 할 수 있다.
상기 점검이 필요하다는 알림정보는 음 또는 광으로 출력하여 알림이 이루어지게 할 수 있고, 기준유량센서값에서 벗어난 오차크기에 따라 긴급여부를 다단으로 구분하여 제공할 수 있다.
상기 서버(80)의 빅데이터화는 도 4를 참조한 바와같이 다른선박의 서버인 타서버(92)와 정보교환은 물론 부품제조사 서버(93)의 정보를 제공받아 이루어진다.
기본적으로 부품정보에 대한 빅데이터화는 부품제조사의 서버(93)에서 제공되는 데이터를 기본으로 하고, 다양한 선박에서 부품을 사용하고 이에 대한 수명정보를 제공받아 데이터화한다. 따라서 부품별 수명정보, 환경조건에 따른 수명정보, 각 부품에 대한 이상패턴 형태 및 원인정보, 부품고장 이전에 발생되는 이상패턴 및 정상적인 수명감소패턴 등에 대한 다양한 정보를 분석하여 빅데이터화 할 수 있다.
이와같이 이상패턴이 감지되면 빅데이터와 대비하면 이상패턴을 발생시킨 원인과 해당부품 위치, 부품의 수명시간 점검시기 등에 대한 정보를 제공받아 부품 고장에 의한 운행정지등의 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 5에 도시된 바와같이 본 발명의 서버(80)는, 진단정보-빅데이터화모듈에 의해 제어장치로부터 진단정보와 진단시 환경조건에 대한 정보를 제공받아 빅데이터에 저장하여 빅데이터의 기초자료를 풍부하게 한다. 여기서 상기 진단정보는 제어장치에서 판단할 수 있으나, 기존적인 센서측정값을 모두 서버로 전송하여 서버에서 판단이 이루어지게 할 수 있고, 1차로 제어장치에서 진단이 이루어지고, 서버에서는 2차로 진단정보를 정밀하게 분석하여 다양한 분석정보를 포함시켜 빅데이터화가 이루어지도록 한다. 이때 상기 이상패턴 감지는 부품 설치 후 이상패턴 발생시점이나, 부품파손 이전의 이상패턴 발생시점 등을 고려해서 감지해 빅데이터에 활용되게 할 수 있다. 또한 제공가능하다면 밸브의 작동횟수 등에 대한 정보도 같이 포함하여 빅데이터로부터 추출된 정보의 정밀성을 향상시키게 할 수 있다.
또한, 예측정보제공모듈에 의해 빅데이터를 분석하여 진단정보의 이상패턴과 동일 또는 유사한 정보를 추출하여 에어펌프의 사용수명 및 점검시기에 대한 예측정보를 산출해 제공할 수 있다. 즉, 빅데이터에는 이상패턴이 발생되었으나 점검을 하지 않을 경우 피로에 의한 부품파손시기에 대하 정보가 있으므로 이로부터 예상 부품사용시간을 대략적으로 예측이 가능함으로 반듯이 그 이전에 점검이 이루어지게 할 수 있다.
또한 서버는 부품정보제공모듈에 의해 빅데이터로부터 진단정보에서 점검이 필요한 부품에 대한 교체시기와, 부품가격, 부품구매처, 교체비용에 대한 부품관련정보를 검출하여 제공할 수 있다.
따라서, 에어펌프, 배기관, 바이패스관, 스크러버밸브 및 바이패스밸브에 설치된 각종 센서로부터 측정값을 전송받은 제어장치는 진단정보를 서버로 전송하고, 진단정보를 전송받은 서버는 진단정보-빅데이터화모듈에 의해 진단정보를 분석하여 빅데이터화하고, 예측정보제공모듈에 의해 빅데이터로부터 유사정보를 검색하여 사고를 미연에 방지할 수 있도록 예상 사고나 점검시기 등에 대한 정보를 제공하고, 부품정보제공모듈에 의해 필요부품에 대한 정보를 제공할 수 있다.
즉, 밸브가 오작동을 발생하기 이전에 이상신호를 미리 감지하고, 감지된 신호는 빅데이터로 비교분석하여 점검시기 또는 부품교체시기 등을 예측하여 미연에 사고를 방지하게 할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
10 : 제어시스템
20 : 엔진
30 : 배기관
31 : 스크러버밸브 32 : 제1유량센서
33 : 다이아프램케이스 34 : 다이아프램
35 : 스프링 36 : 포지셔너
37 : 이동축 38 : 몸체
371 : 개폐마개 381 : 개폐구
40 : 바이패스관
41 : 바이패스밸브 42 : 제2유량센서
50 : 스크러버
60 : 에어펌프
61 : 전류센서 62 : 전압센서
63 : 온도센서
70 : 제어장치
80 : 서버
91 : GPS서버
92 : 타서버
93 : 부품제조사서버

Claims (5)

  1. 선박엔진(20)에서 발생된 배기가스를 스크러버(50)로 이송하여 탈황공정을 수행하게 하는 배기관(30)과;
    상기 배기관에서 분기되어 배기가스를 직접 외부로 배출시키는 바이패스관(40)과;
    상기 바이패스관이 분기된 지점과 스크러버 사이의 배기관과 바이패스관에 각각 설치되는 제1, 제2 유량센서(32,42)와;
    상기 바이패스관이 분기된 지점과 스크러버 사이의 배기관에 설치되어 내부유로를 단속하고, 스크러버포지셔너가 설치된 스크러버밸브(31)와;
    상기 바이패스관에 설치되어 내부유로를 단속하고, 바이패스포지셔너가 설치된 바이패스밸브(41)와;
    상기 스크러버밸브와 바이패스밸브에 각각 공압을 제공하여 밸브단속이 이루어지게 하는 에어펌프(60)와;
    상기 에어펌프의 설치되어 에어펌프의 운전상태시 조건을 측정하는 전류센서(61)와, 전압센서(62) 및 온도센서(63)와;
    상기 스크러버밸브와 바이패스밸브를 작동시키고, 에어펌프에 장착된 전류센서와 전압센서 및 온도센서로부터 측정값을 전송받아 저장 및 실시간으로 제공하여 모니터링이 가능하게 하고, 제1유량센서 및 제2유량센서 측정값과 스크러버포지셔너 및 바이패스포지셔너의 측정값을 분석하여 스크러버밸브 또는 바이패스밸브의 이상여부를 감지하고, 각종 신호에 대응하여 운전제어가 이루어지고, 각종 측정정보 및 판단정보를 서버로 전송 및 서버로부터 정보를 제공받아 표시하는 제어장치(70)와;
    상기 제어장치로부터 측정값과 작동조건에 대한 자료를 전송받아 패턴을 분석하여 에어펌프과 스크러버밸브와 바이패스밸브를 실시간 진단하고, 진단정보를 이용하여 빅데이터를 구축하는 서버(80);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치(70)는,
    에어펌프에 의해 스크러버밸브나 바이패스밸브의 개방 또는 폐구 동작이 정상적으로 이루어졌을 때 밸브를 통과하는 배기가스 유량측정값을 제공받아 기준허용치 내에 있는지 또는 감소나 초과했는지를 판단하는 유량변화감지모듈과;
    상기 유량변화감지모듈에 의해 유량변화가 있는 것으로 판단되면 각 밸브의 스크러버포지서너나 바이패스포지셔너의 위치값을 확인하여 정상인지 기존과 다른 위치에 있는지 확인하는 포지셔너위치확인모듈과;
    포지셔너의 위치가 정상위치이면 밸브의 개폐부분의 몸체실링이나 이동축마개가 접속불량으로 판단하고, 포지셔너의 위치가 비정상위치라면 이동축을 정상위치로 이동시키는 스프링의 불량으로 판단하여 이상여부를 진단하는 밸브불량진단모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서버(80)는,
    동일한 밸브를 사용한 다른 선박의 서버인 타서버(92)와 정보교환 및 부품 제조사 서버(93)의 정보를 제공받아 일반적인 부품수명정보, 환경조건에 따른 부품수명정보, 이상감지패턴 형태 및 원인, 부품고장 이전에 발생되는 이상패턴, 정상적인 수명감소패턴에 대한 정보를 제공받아 분석하여 빅데이터로 저장하는 것을 특징으로 하는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 서버(80)는,
    실시간 측정된 진단정보로부터 패턴을 분석하고, 분석된 패턴과 빅데이터를 대비하여 정상작동여부에 대한 정보, 부품 수명정보, 교체시기에 대한 정보를 제공하여 부품고장 이전에 정비가 이루어지도록 예측정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서버(80)는,
    제어장치로부터 진단정보와 진단시의 환경조건에 대한 정보를 제공받아 빅데이터에 저장하는 진단정보-빅데이터화모듈과;
    진단정보의 패턴을 분석하여 분석된 패턴을 빅데이터를 이용하여 동일 또는 유사 정보가 있는지 검출하여 밸브 부품의 사용수명 및 점검시기에 대한 예측정보를 산출해 제공하는 예측정보제공모듈과;
    진단정보에서 점검이 필요한 부품에 대한 부품가격, 부품구매처, 교체비용에 대한 부품관련정보를 빅데이터에서 검출하여 제공하는 부품정보제공모듈;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 조절밸브용 밸브구동 제어시스템.
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